Diodin laite ja toimintaperiaate
Diodi on yksinkertaisin puolijohdelaite, joka löytyy nykyään minkä tahansa elektronisen laitteen painetusta piirilevystä. Sisäisestä rakenteesta ja teknisistä ominaisuuksista riippuen diodit luokitellaan useisiin tyyppeihin: yleisdiodit, tasasuuntaajat, pulssi-, zener-diodit, tunnelidiodit ja varikapit. Niitä käytetään tasasuuntaukseen, jännitteen rajoittamiseen, havaitsemiseen, modulointiin jne. — riippuen sen laitteen käyttötarkoituksesta, jossa niitä käytetään.
Diodin kanta on p-n-risteysmuodostettu puolijohdemateriaaleista, joilla on kaksi erilaista johtavuustyyppiä. Kaksi johtoa on kytketty diodikiteeseen, nimeltään katodi (negatiivinen elektrodi) ja anodi (positiivinen elektrodi). Anodin puolella on p-tyypin puolijohdealue ja katodin puolella n-tyypin puolijohdealue. Tämä diodilaite antaa sille ainutlaatuisen ominaisuuden - virta kulkee vain yhteen (eteenpäin) suuntaan, anodista katodille. Sitä vastoin normaalisti toimiva diodi ei johda virtaa.
Anodialueella (p-tyyppi) päävarauksenkantajat ovat positiivisesti varautuneita reikiä ja katodialueella (n-tyyppi) negatiivisesti varautuneita elektroneja. Diodijohtimet ovat kosketusmetallipintoja, joihin johdot juotetaan.
Kun diodi johtaa virtaa eteenpäin, se tarkoittaa, että se on avoimessa tilassa. Jos virta ei kulje p-n-liitoksen läpi, diodi sulkeutuu. Siten diodi voi olla jossakin kahdesta vakaasta tilasta: auki tai kiinni.
Kytkemällä diodi tasajännitelähdepiirissä, anodi positiiviseen napaan ja katodi negatiiviseen napaan, saadaan pn-liitoksen myötäsuuntainen bias. Ja jos lähdejännite osoittautuu riittäväksi (0,7 volttia riittää piidiodille), diodi avautuu ja alkaa johtaa virtaa. Tämän virran suuruus riippuu käytetyn jännitteen suuruudesta ja diodin sisäisestä resistanssista.
Miksi diodi meni johtavaan tilaan? Koska diodin oikealla kytkennällä n-alueen elektronit ryntäsivät lähteen EMF:n vaikutuksesta sen positiiviselle elektrodille, p-alueen reikiin, jotka siirtyvät nyt negatiiviselle elektrodille. lähteestä elektroneihin.
Alueiden rajalla (itse p-n-liitoksessa) tapahtuu tällä hetkellä elektronien ja reikien rekombinaatio, niiden keskinäinen absorptio. Ja lähde pakotetaan jatkuvasti syöttämään uusia elektroneja ja reikiä p-n-liitosalueelle, mikä lisää niiden pitoisuutta.
Mutta entä jos diodi on käänteinen, katodi lähteen positiiviseen napaan ja anodi negatiiviseen napaan? Reiät ja elektronit siroavat eri suuntiin - kohti terminaaleja - risteyksestä, ja risteyksen lähelle ilmestyy varauksenkantajista tyhjentynyt alue - potentiaalieste. Useimpien varauskantajien (elektronien ja reikien) aiheuttama virta ei yksinkertaisesti tapahdu.
Mutta diodikide ei ole täydellinen; Suurten varauksenkuljettajien lisäksi siinä on myös pieniä varauksenkuljettajia, jotka luovat hyvin mitättömän diodin käänteisvirran mikroampeereissa mitattuna. Mutta tässä tilassa oleva diodi on suljettu, koska sen p-n-liitos on käänteinen esijännite.
Jännitettä, jolla diodi vaihtaa suljetusta tilasta avoimeen tilaan, kutsutaan diodin myötäjännitteeksi (ks. Diodien perusparametrit), joka on oleellisesti jännitteen pudotus p-n-liitoksessa Diodin resistanssi myötävirtaan ei ole vakio, se riippuu diodin läpi kulkevan virran suuruudesta ja on usean ohmin luokkaa. Käänteisen napaisuuden jännitettä, jolla diodi sammuu, kutsutaan diodin käänteiseksi jännitteeksi. Diodin käänteinen vastus tässä tilassa mitataan tuhansina ohmeina.
On selvää, että diodi voi siirtyä avoimesta tilasta suljettuun tilaan ja päinvastoin, kun siihen syötetyn jännitteen napaisuus muuttuu. Tasasuuntaajan toiminta perustuu tähän diodin ominaisuuteen. Joten sinimuotoisessa vaihtovirtapiirissä diodi johtaa virtaa vain positiivisen puoliaallon aikana ja estyy negatiivisen puoliaallon aikana.
Katso myös tästä aiheesta:Mitä eroa on pulssidiodien ja tasasuuntaajan välillä